Вопрос46.

При работе транзистора в режиме A невозможно реализовать высокий к.п.д. усилителя. В качестве альтернативы может подойти режим работы B, но он приводит к значительным нелинейным искажениям. Однако если реализовать два усилителя, работающие в режиме B, и заставить их усиливать положительную и отрицательную полуволны синусоиды отдельно, а затем соединить эти полуволны вместе, то получится усилитель, работающий почти без искажений. Подобный усилитель получил название двухтактного усилителя. В иностранной (и переводной) литературе сохраняется старое название этой схемы — push-pull (тяни-толкай). Схема двухтактного каскада усилителя, реализованного на n-p-n и p-n-p транзисторах, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 Схема двухтактного каскада на n-p-n и p-n-p транзисторах

Применение двух транзисторов позволяет им помогать друг другу. В приведенной на рисунке 1 схеме положительная полуволна синусоидального напряжения открывает транзистор VT1 и закрывает VT2. Отрицательная полуволна — запирает транзистор VT1 и открывает VT2. Таким образом каждый из транзисторов усиливает только половинку входного напряжения, однако на выходе, на сопротивлении нагрузки (в звуковых усилителях на динамике) эти половинки суммируются и форма входного напряжения восстанавливается. Временные диаграммы напряжений и токов в двухтактном каскаде приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 Временные диаграммы напряжений и токов в двухтактном каскаде

Вопрос47.

Определение. Обратной связью в усилителе называется электрическая связь, при которой происходит частичная передача энергии выходного усиленного сигнала из выходной цепи усилителя в его входную цепь.

Причинами появления обратной связи (ОС) в усилителе являются:

1. Физические свойства усилительных элементов (внутренняя ОС).

2. Паразитные емкостные, индуктивные и другие связи, создающие пути для обратной передачи сигнала (паразитные ОС).

3. Схемы цепей, специально вводимых в усилитель (внешняя ОС).

Следовательно, из-за различных причин возникновения обратных связей в усилителе различают:

− внутреннюю ОС,

– внешнюю ОС,

– паразитную ОС.

Все названные виды обратной связи могут сильно изменять свойства усилителя. Следует различать полезную обратную связь, специально вводимую в усилитель для улучшения его характеристик, и вредную (паразитную), которая, в некоторой степени, всегда имеет место в любом усилителе и ухудшает его показатели. Внутренней ОС и паразитной ОС нельзя управлять. При этом они изменяют свойства усилителя в худшую сторону, например, приводят к его самовозбуждению. Внешняя ОС управляема и ее специально вводят для улучшения свойств усилителя, например, для повышения стабильности коэффициента усиления, для снижения искажений и т.д.

Вопрос48

Отрицательная обратная связь (ООС) — вид обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое противодействует первоначальному изменению.

Иными словами, отрицательная обратная связь — это такое влияние выхода системы на вход («обратное»), которое уменьшает действие входного сигнала на систему.

Если обратная связь может полностью компенсировать («заглушить») входящий сигнал, система относится к классу регуляторов (поплавковый механизм) или следящих усилителей (гидроусилитель).

Если же обратная связь компенсирует только часть входного сигнала (см. коэффициент обратной связи), то влияние входа на систему (и выход) будет меньше, но более стабильное («чёткое»), так как случайные изменения параметров системы (и, соответственно, колебания выхода) будут в значительной степени скомпенсированы через линию обратной связи.

Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.

Напряжение обратной связи является частью выходного :

Uoc = Uвых·β

где β- коэффициент передачи цепи обратной связи.

Коэффициент усиления усилителя при отрицательной обратной связи равен

Коос = Кu / ( 1 + β ·Кu )

Из этого выражения становится ясно, что отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления по напряжению в (1 +βКu) раз. Сумма (1+βКu) называется глубиной обратной связи. Она показывает, во сколько раз уменьшается коэффициент усиления при введении обратной связи. Произведение βKu называется коэффициентом петлевого усиления. Он равен отношению напряжения обратной связи к первоначальному напряжению:

β·Ku = Uoc / Uвх.

При отрицательной обратной связи нестабильность коэффициента усиления уменьшается пропорционально глубине обратной связи.

Физическая сущность стабилизации коэффициента усиления состоит в следующем. Если, например, по каким-либо причинам усиление увеличилось, то напряжение на выходе возрастёт, вызывая увеличение напряжения обратной связи, что ведет к уменьшению напряжения на входе, а следовательно, и на выходе. В результате напряжение на выходе изменится незначительно. Так же стабилизация осуществляется и при уменьшении усиления.

Частотно - независимая отрицательная обратная улучшает частотную, фазовую и переходную характеристики усилителя, расширяя полосу усиливаемых частот. Это происходит потому, что на крайних частотах диапазона, где усиление обратной связи уменьшается, глубина обратной связи , также уменьшается. А так как напряжение обратной связи уменьшается, то суммарное напряжение на входе возрастает и усиление увеличится. В результате частотная характеристика поднимается и полоса усиливаемых частот расширяется, как показано на рисунке 1.15, на котором кривая 1 -частотная характеристика усилителя без обратной связи, кривая 2-частотная характеристика усилителя с отрицательной обратной связью. Таким образом отрицательная обратная связь выравнивает частотную характеристику.

В процессе работы усилителя из-за нелинейности вольт-амперной характеристики усилительных приборов (транзисторов, ламп) возникают нелинейные искажения, т.е. появляются новые гармоники, которых не было на входе усилителя. По цепи обратной связи поступают на вход усилителя и, пройдя через усилитель, оказываются на выходе, но уже в противофазе с первоначально возникающими гармониками. Поэтому амплитуды паразитных гармоник на выходе усилителя оказываются ослабленными. А значение напряжения полезного сигнала доводится до прежнего увеличением входного напряжения в (1 + βКu) раз. Следовательно, введение отрицательной обратной связи увеличивает соотношение между полезным сигналом и паразитными гармониками, возникающими в усилителе.

Таким образом отрицательная обратная связь уменьшает на выходе напряжения различных помех, возникающих в усилителе. Следует отметить, что отрицательная обратная связь уменьшает только те помехи, которые возникают в самом усилителе, охваченном обратной связью, но не уменьшает помехи, подведенные ко входу усилителя вместе с полезным сигналом. Благодаря уменьшению внутренних помех расширяется динамический диапазон усилителя. Такое действие отрицательной обратной связи наблюдается при всех способах введения обратной связи.

Различные виды отрицательной обратной связи влияют на входное и выходное сопротивление усилителя по-разному.

Параллельная обратная связь по напряжению уменьшает входное сопротивление усилителя. Это происходит потому, что сопротивление обратной связи шунтирует входное сопротивление усилителя.

Изменение входной ёмкости при параллельной отрицательной обратной связи. Если обратная связь осуществляется через конденсатор, то она увеличивает входную ёмкость, а если через резистор, изменяет входную ёмкость.

Аналогично этому последовательная отрицательная обратная связь по току увеличивает входное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью, а параллельная - уменьшает его.

При всех видах отрицательной обратной связи входное сопротивление усилителя зависит от коэффициента усиления Кu, а следовательно, и от сопротивления нагрузки Rн и остается нестабильным.

1